高速軌道車(chē)輛二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高速軌道車(chē)輛懸置，特別是高速軌道車(chē)輛二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比的 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二系橫向懸置系統(tǒng)阻尼比對(duì)高速軌道車(chē)輛的乘坐舒適性和安全性具有重要的影 響，其設(shè)計(jì)或選取，是設(shè)計(jì)二系橫向懸置系統(tǒng)減振器閥系參數(shù)所依據(jù)的重要參數(shù)。然而，據(jù) 所查閱資料可知，由于軌道車(chē)輛屬于多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算非常困 難，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于高速軌道車(chē)輛二系橫向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)，一直沒(méi)有給出系統(tǒng)的理論 設(shè)計(jì)方法，大都是按經(jīng)驗(yàn)選取一定的阻尼比值（通常經(jīng)驗(yàn)阻尼比為0. 2~0. 4)，然后，借助 計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件SIMPACK或ADAMS/Rail，通過(guò)實(shí)體建模來(lái)優(yōu)化和確 定其大小，盡管該方法可W得到比較可靠的仿真數(shù)值，使車(chē)輛具有較好的動(dòng)力性能，然而， 隨著軌道車(chē)輛行駛速度的不斷提高，人們對(duì)二系橫向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)提出了更高的要 求，目前二系橫向懸置阻尼比設(shè)計(jì)的方法不能給出具有指導(dǎo)意義的創(chuàng)新理論，不能滿足軌 道車(chē)輛不斷提速情況下對(duì)減振器設(shè)計(jì)要求的發(fā)展。因此，必須建立一種準(zhǔn)確、可靠的高速軌 道車(chē)輛二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，滿足軌道車(chē)輛不斷提速情況下對(duì)減振器 設(shè)計(jì)的要求，提高高速軌道車(chē)輛懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平及產(chǎn)品質(zhì)量，提高車(chē)輛乘坐舒適性和 安全性；同時(shí)，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)我國(guó)軌道車(chē)輛的國(guó)際市 場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種準(zhǔn)確、 可靠的高速軌道車(chē)輛二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)流程圖如圖1所 示；1/2車(chē)體行駛橫擺振動(dòng)模型圖如圖2所示。
[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的高速軌道車(chē)輛二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比的 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于采用W下設(shè)計(jì)步驟： 陽(yáng)0化](1)建立1/2車(chē)體行駛橫擺振動(dòng)微分方程：
[0006] 根據(jù)軌道車(chē)輛的1/2單節(jié)車(chē)體的滿載質(zhì)量m3,單個(gè)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的質(zhì)量m2,輪對(duì)的 等效質(zhì)量mi，每一輪軸重W;-系輪對(duì)橫向定位彈黃的等效剛度Kiy，中央黃的等效剛度Kzy; 待設(shè)計(jì)二系橫向懸置的阻尼比C，其中，二系橫向減振器的安裝支數(shù)為n、等效阻尼系數(shù)
;車(chē)輪和鋼軌接觸點(diǎn)橫向間距的一半b，車(chē)輪踏面等效斜度A，車(chē)輪的橫 向蠕滑系數(shù)fi，車(chē)輛行駛速度V;W輪對(duì)質(zhì)屯、的橫擺位移yi，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)屯、的橫擺位移72， 車(chē)體質(zhì)屯、的橫擺位移y3為坐標(biāo)；W軌道方向不平順隨機(jī)輸入y。為輸入激勵(lì)；建立1/2車(chē)體 行駛橫擺振動(dòng)微分方程，即：
[0009] (2)構(gòu)建二系橫向懸置系統(tǒng)的橫擺振動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真模型：
[0010] 根據(jù)步驟（1)中所建立的1/2車(chē)體行駛橫擺振動(dòng)微分方程，利用Matl油/Simulink 仿真軟件，構(gòu)建二系橫向懸置系統(tǒng)的橫擺振動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真模型；
[0011] (3)建立基于舒適性的二系橫向懸置最佳阻尼比的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)J。：
[0012] 根據(jù)步驟（2)中所建立的二系橫向懸置系統(tǒng)的橫擺振動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真模型，W二 系橫向懸置阻尼比為設(shè)計(jì)變量，W軌道方向不平順隨機(jī)輸入為輸入激勵(lì)，利用仿真所得到 的車(chē)體橫擺運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)加速度均方根值^^，建立基于舒適性的二系橫向懸置最佳阻尼比 的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)J。，即： 陽(yáng)01引疋二^3;
[0014] (4)建立基于安全性的二系橫向懸置最佳阻尼比的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)心
[0015] 根據(jù)步驟（2)中所建立的二系橫向懸置系統(tǒng)的橫擺振動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真模型，W二 系橫向懸置阻尼比為設(shè)計(jì)變量，W軌道方向不平順隨機(jī)輸入為輸入激勵(lì)，利用仿真所得到 的車(chē)輪橫擺運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)加速度均方根值"^，建立基于安全性的二系橫向懸置最佳阻尼比 的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)1，即：
[001d 二氏;
[0017] (5)二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比C。的優(yōu)化設(shè)計(jì)：
[0018] ①根據(jù)步驟（2)中所建立的二系橫向懸置系統(tǒng)的橫擺振動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真模型，W 軌道方向不平順隨機(jī)輸入y。為輸入激勵(lì)，利用優(yōu)化算法求步驟（3)中所建立基于舒適性的 二系橫向懸置最佳阻尼比的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)J。的最小值，所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)變量即為基于舒 適性的二系橫向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比C。。；
[0019] ②根據(jù)步驟（2)中所建立的二系橫向懸置系統(tǒng)的橫擺振動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真模型，W 軌道方向不平順隨機(jī)輸入y。為輸入激勵(lì)，利用優(yōu)化算法求步驟（4)中所建立基于安全性的 二系橫向懸置最佳阻尼比的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)Js的最小值，所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)變量即為基于安 全性的二系橫向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比Cm;
[0020] ③根據(jù)①步驟中優(yōu)化得到的基于舒適性的二系橫向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比C。。， 及②步驟中優(yōu)化得到的基于安全性的二系橫向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比CM，利用黃金分割 原理，計(jì)算得到偏舒適性的二系橫向懸置系統(tǒng)的最優(yōu)阻尼比C。，即： 陽(yáng)02"1] C。= C〇c+(l-〇. 618) ( C OS-C OC)。
[0022] 本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 由于軌道車(chē)輛屬于多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算非常困難，目前 國(guó)內(nèi)外對(duì)于高速軌道車(chē)輛二系橫向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)，一直沒(méi)有給出系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)方 法，大都是按經(jīng)驗(yàn)選取一定的阻尼比值（通常經(jīng)驗(yàn)阻尼比為0. 2~0. 4)，然后，借助計(jì)算機(jī) 技術(shù)，利用多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件SIMPACK或ADAMS/Rail，通過(guò)實(shí)體建模來(lái)優(yōu)化和確定其大 小，盡管該方法可W得到比較可靠的仿真數(shù)值，使車(chē)輛具有較好的動(dòng)力性能，然而，隨著軌 道車(chē)輛行駛速度的不斷提高，人們對(duì)二系橫向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，目前 二系橫向懸置阻尼比設(shè)計(jì)的方法不能給出具有指導(dǎo)意義的創(chuàng)新理論，不能滿足軌道車(chē)輛不 斷提速情況下對(duì)減振器設(shè)計(jì)要求的發(fā)展。
[0024] 本發(fā)明通過(guò)建立1/2車(chē)體行駛橫擺振動(dòng)微分方程，利用MTLAB/Simulink仿真軟 件，構(gòu)建了二系橫向懸置系統(tǒng)的橫擺振動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真模型，并W軌道方向不平順隨機(jī)輸 入為輸入激勵(lì)，W車(chē)體橫擺運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)加速度均方根值最小為設(shè)計(jì)目標(biāo)，優(yōu)化設(shè)計(jì)得到基 于舒適性的二系橫向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比，W車(chē)輪橫擺運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)加速度均方根值最小 為設(shè)計(jì)目標(biāo)，優(yōu)化設(shè)計(jì)得到基于安全性的二系橫向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比，進(jìn)而計(jì)算得到 二系橫向懸置的最優(yōu)阻尼比。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)例及SIMPACK仿真驗(yàn)證可知，該方法可得到準(zhǔn)確 可靠的二系橫向懸置系統(tǒng)的最優(yōu)阻尼比值，為高速軌道車(chē)輛二系橫向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)提 供了可靠的設(shè)計(jì)方法。利用該方法，不僅可提高高速軌道車(chē)輛懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平及產(chǎn)品 質(zhì)量，提高車(chē)輛乘坐舒適性和安全性；同時(shí)，還可降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì) 周期，增強(qiáng)我國(guó)軌道車(chē)輛的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
【附圖說(shuō)明】
[00巧]為了更好地理解本發(fā)明下面結(jié)合附圖做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[00%] 圖1是高速軌道車(chē)輛二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)流程圖；
[0027] 圖2是1/2車(chē)體行駛橫擺振動(dòng)模型圖；
[0028] 圖3是實(shí)施例的二系橫向懸置系統(tǒng)的橫擺振動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真模型；
[0029] 圖4是實(shí)施例所施加的德國(guó)軌道方向不平順隨機(jī)輸入激勵(lì)y。。 具體實(shí)施方案
[0030] 下面通過(guò)一實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0031] 某高速軌道車(chē)輛的每臺(tái)轉(zhuǎn)向架上安裝有兩支橫向減振器，即n= 2 ;其1/2單節(jié) 車(chē)體的滿載質(zhì)量ni3= 31983kg，單個(gè)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的質(zhì)量m2= 2758kg，輪對(duì)的等效質(zhì)量mi= 344化g，每一輪軸重W= 150000N;-系輪對(duì)橫向定位彈黃的等效剛度Kiy= 9784000N/m，中 央黃的等效剛度K2y= 180000N/m;車(chē)輪和鋼軌接觸點(diǎn)橫向間距的一半b= 0. 7465m，車(chē)輪踏 面等效斜度^ = 0. 15,車(chē)輪的橫向蠕滑系數(shù)fi= 16990000N;待設(shè)計(jì)二系橫向懸置的阻尼 比為C，其中，二系橫向減振器的等效阻尼系數(shù)Q= 2x(2該高速軌道車(chē)輛二系橫 向懸置阻尼比設(shè)計(jì)所要求的車(chē)輛行駛速度V= 300km/h，對(duì)該高速軌道車(chē)輛的二系橫向懸 置阻尼比進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0032] 本發(fā)明實(shí)例所提供的高速軌道車(chē)輛二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其 設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示，1/2車(chē)體行駛